武漢工程大學橋梁工程課程設計.

1、課程設計計算書一、方案比選本工程是某公路橋墩， 上部結構及橋墩的自重較大， 埋置深度深， 采用沉井 基礎，整體性強、穩(wěn)定性好，有較大的承載面積，能承受較大的垂直荷載和水平 荷載。而且與其它的深基礎相比，更加經(jīng)濟，故必選好，采用沉井基礎作為該工 程的基礎的方案。二、持力層選擇1、根據(jù)工程地質資料選擇持力層由資料可知：沉井結構高 H=10.5m ，沉井高出地面 500mm ，故沉井埋置深 度為 10m 。由工程地質條件資料知，持力層為灰色粘土，刃腳底部深入灰色粘 土層深度為 5.5m 。2、確定沉井基礎的尺寸和埋置深度3平面圖（尺寸單位：mm）沉井高度H=10.5m,埋置深度h=10m。沉井內徑d

2、=6.0m，外徑D訐6.6m ,井壁厚t=300mm ,刃腳踏面寬度a=150mm ,底板厚度t 400mm ；刃腳部分井壁厚度為t 500mm,增厚處井壁高度為H廣1756mm,增厚處井壁外徑D 2 = 7.0m,刃腳高度 h = 400mm刃腳內側面傾角v -tan40048.845500 -150三、荷載計算1、上部結構荷載上部結構恒載及墩身自重15000kN，對沉井底面形心軸的力臂為 0.5m ；水平活荷載510kN，制動力75kN，對沉井地面形心軸的力臂為18.5m。2、沉井自重(1) 刃腳3 鋼筋混凝土重度：=25 KN / m1 2 A| =(0.15+0.5 嚴 0.4 = 0

3、.13m刃腳截面面積：刃腳尺寸(mm)5= 0.178m刃腳體積：V,=2二 3.5-0.1780.1 2.71m3刃腳自重力：G =2.71 25 =67.75kN(2) 增厚沉井井壁體積：V272 -621.756 -0.4 = 13.84m34自重力：G2 =13.84 25 =346kN(3) 未增厚處沉井井壁：體積："- 2 2 二 2 2V36.6 -610.5 -1.756 -0.4 -1.5 6.6 -6.30.4 1.544=4 6 . 4n3自重力：G3 =46.41 25=1160.25kN(4) 封底混凝土：體積：V40.4 3.352 3.35 3 3262

4、 26.32 0.4344=8 1 . 7n0自重力：G4 =81.7 25=2042.5kN(5) 蓋板：體積： 二 23V5 = x6.32x 1.5 = 46.76m34自重：G5 =46.76 25=1169kN(6) 井孔填土體積：'：23V6610.5-0.4-0.4-2-1.5 ；=175.30m4自重：G6 -175.3 18 = 3155.41kN則沉井自重：G =G G2 G3 G4 G5 G6 =7940.91kN(7)枯水期沉井浮力體積:'2'23V77 1.7566.610.5 -0.5 -4.5 -1.756 = 195.67 m44自重:G

5、7 - -195.67 10 - -1956.7kN沉井自重計算匯總沉井部位重度kN /m體積3 m自重kN形心到井外壁距離m刃腳G252.7167.750.13增厚沉井井壁G2513.84346未增厚沉井井壁G2546.411160.25圭寸底混凝土 g42581.702042.5蓋板g2546.761169井孔填土 G18175.303155.41枯水期浮力G710195.67-1956.7沉井自重實g （不包括浮力）7940.91各力匯總力的名稱大小/ kN對沉井地面形心軸的力臂/m彎矩/ kN m上部結構恒載及墩 身R =150000.57500沉井自重沉井浮力G =7940.91G&

6、quot; = -1956.7豎向何載合計Z P =20984.217500水平何載Hg =51018.59435制動力Ht =7518.51387.5水平何載合計Z H =58510822.5總計18322.5四、沉井基礎承載力計算根據(jù)上部結構荷載及地基條件，進行基底承載力驗算、橫向抗力驗算1、基底承載力驗算沉井自最高水位至井底的埋置深度為：h =10 -0.5 = 9.5m基底寬度：d =7.0m基礎底面積：A72 = 38.48m249基底的截面模量：W =：浜73 =33.67m332豎向總荷載：N =15000 7940.91 -1956.7 =20984.21kN水平總荷載：H =

7、510 75 = 585kN總的彎矩：M =15000 0.5 585 18.5 = 18322.5kNLm基礎的計算寬度：已知b=kkf d 1 , d 1.0，且k=1, k0.9故 b =0.97.0 1 i=7.2mC0.95（h ： 10m,C0 =10m0,Ch 二 mh, h = 9.5m,取m0 二 m） C、M1 8322.5/585 m3 1.32'、H八一 2心h)"18Wd 7.2 0.95 9.53 18 33.67 7.62當有豎向荷載N及水平力H同時作用時,基底邊緣處的壓應力為:max CT .minN 3Hd 20984.213 585 7.0

8、=十=±A。 A1-38.4862.98 0.95二 545.33 - 205.328 工 750.66kPa340.00kPa計算地基容許承載力:fa l-lfj K 1（b-2） k2 2（h -3）由地質資料知：基底土為灰色粘土，fa01 = 360kPa，匕=0,k2 =2.5若持力層在水面以下，粘土不透水，一律采取飽和重度18.0 0.5 18.8 2.5 17.5 1.5+16.8 5.53=17.47kN /m2 0.95 （3 31.32-9.5）地基容許承載力的抵抗系數(shù)r =1.25lfj-1.25 fa k, ! b-2 k2 2 h-3=1.253 6 02 .

9、 51 7.4 71 03= 8 3 2.kP 前 7 5 0k.f6 6故滿足地基承載力要求。2、土體橫向抗力驗算6H地面下Z深度處井壁承受的側土橫向抗力為：E =z Zo - ZAh時2(4九-h )+6dWZo _2:th 3 -h0.957.2 2 9.543：.3 29.567.0 33.67-2漢 0.9瘡 7耳 2 (9.5漢 3 34).3 2 9.5=6.64m根據(jù)經(jīng)驗可知，通常最大水平壓應力出現(xiàn)的位置大致在z和處，雜585過匹664 -62.98 9.539.56 疋585當 z=h=9.5 時，Ph9.56.64 -9.5 =-159.39kPa平均內摩擦角:9.562.

10、98 匯 9.5平均重度：18.0 0.5 188 2.5 17.5 “8 5.5=17.47kN/m310根據(jù)地質資料，取土體的平均重度與平均抗剪強度指標為:,_ 14.8 2.521.78 1.5 10.7 5.5= 13.53；平均粘聚力:= 14.16kPa24 2.5 13 1.5 10 5.5c =9.5修正系數(shù)：1.0 （上部結構靜定），2 =1.0 （因mg =0）代入數(shù)據(jù)求得土體極限橫向抗力:當時,4 I 1 7 4 49 5 f-i= 1.0 1.-0t a n、1 3 . 5 3 14.16cos13533丿=1 1 2 .!8Pa64kP3i當 z=h=9.5 時，A1

11、2cob W c4“.01 . co s 1 3. 5 31 7.449.5 Ua n13.5314.16= 222.2l8a1 5 9k. 13 9均滿足要求，因此計算時需要考慮基礎側面土體彈性抗力的影響。五、沉井施工過程及強度驗算 沉井自重下沉驗算施工過程中。沉井自重為井壁和刃腳:G 二 G G G 67. 7 53 4 61 1 602kN 15 74土與井壁間平均單位摩阻力，取加權平均值：16 漢 0.5+24 汽 2.5+22 漢 1.5+20 漢 5.5, 2Tm21.1kN/m10井壁總摩阻力：T =3.1416 （7.0 1.756） 21.1 =814.8kN1574滿足要求

12、下沉系數(shù)：K =1.93814.81刃腳受力驗算1刃腳向外撓曲刃腳向外撓曲示意圖刃腳向外撓曲最不利的情況為沉井下沉途中，刃腳切入土中 刃腳懸臂作用的分配系數(shù)：0.4m0.1L44hk0.05L0.1 6.040.540.05 6.0= 2.0 1.0取-1.0(1) 計算各個力值(按施工水位，取枯水位期，取單位寬度計算 土壓力和水壓力 由朗肯土壓力主動土壓力公式(粘土)：. © © e= htan2(45° -)-2ctan(45° - )2 2©10 7已知：tan2(450) =tan2(450 ) =0.687，2 2o 41o 10.7

13、tan(45 - ) = tan(45 -) = 0.8292 2土壓力：e2 = 18 0.5 18.8 2.5 17.5 1.5 6.8 5.10.687-2 10 0.829巨=1 8 0. 5 1 8. 8 2. 5 1 7. 5 1. 5 6. 8 5. 50. 6 8 7 2 1 0 0.=6 5 . &2J m水壓力：W2 =10.05.5-0.4 =51kN/mw3 =10.0 5 =5 kN5 m /從安全考慮，刃腳外側土壓力和水壓力的合力不得大于靜水壓力的70% ,否則按靜水壓力的70%計算。e2 w2 = 51 63.75 =114.75kN/m 0.7w2 =

14、35.7kN / me3 w3 = 55 65.62 =120.62kN / m 0.7w3 = 38.5kN / m?。篜2 = 35.7kN / m， P3 =38.5kN / m11土壓力和水壓力的合力：P=(F2 P3)hk(35.7 38.5) 0.4 =14.84kN221 電 2Pe2 1 38.5 2 35.7 r 距刃腳底部的力臂：c=決2 hk =0.4=0.2m3 Fe3+巴338.5 + 35.7 土對刃腳的摩阻力T 二 qkhk 和 T =0.5E取兩者中的較小者。土對整個井壁的摩阻力：T二qkhk=21.1 1.756 = 37.05kN1T =0.5E =0.5

15、? 57.4265.621.756 =54.01kN取兩者中的較小值為：T =37.05kN此外，土堆刃腳部分井壁的摩阻力：T)= qk hk = 2 00 .=4 kN8T1 =0 . 5E = 0 .56 3 +7 5 ) 6 5.6 0k N 12.942取兩者中的較小值為：T, =8kN 刃腳的反力計算單位寬刃腳自重力：g =0.13 25 =3.25kN形心至井壁外側的距離:°.15 硝 T50.3-51 0.430.-3星=0 . 1 5m丿 0.130.17815#單位寬沉井自重為：G=g：；'|0.51.7-5 60.4 - 1 0.七 1-. 7 5 60

16、. 11 . 50 . 35).41 . 50 . 1刃腳踏面豎向反力：R=G-T =78.66 -37.05 =41.61kN式中-2取為土的內摩擦角,、2 二=10.7，tan 二0.40.50.15八 48.8刃腳斜面橫向力為：H - V2 ta n()-、2)tan (八、2)2a<i#故:H = ° . 3 5 4 1 再1)( 4 8 .七 1 0 =7 ) k N1 7 . 5 72漢 0 . 1恪 0.35井壁自重q的作用點至刃腳根部中心軸距為:X2=0.072m0.52 0.15 0.5-2 0.1526(0.5 + 0.15)#刃腳踏面下反力合力:2印2a1

17、 b0.15 20.15 2 0.35R = 0.46R故：e2 二 18 0.5 8.8 2.5 7.5 1.5 6.8 5.1 0.687-2 10 0.829#故：e2 二 18 0.5 8.8 2.5 7.5 1.5 6.8 5.1 0.687-2 10 0.829#刃腳斜面上反力合力：V2二R_0.46R = 0.54RR的作用點距離井壁外側為:故：e2 二 18 0.5 8.8 2.5 7.5 1.5 6.8 5.1 0.687-2 10 0.829#故：e2 二 18 0.5 8.8 2.5 7.5 1.5 6.8 5.1 0.687-2 10 0.829#x3QV2印3 Rl

18、1221 30.4 R0-. 1 5)m0.18故：e2 二 18 0.5 8.8 2.5 7.5 1.5 6.8 5.1 0.687-2 10 0.829#故：e2 二 18 0.5 8.8 2.5 7.5 1.5 6.8 5.1 0.687-2 10 0.829#(2) 各力對刃腳根部截面中心的彎矩計算刃腳斜面水平反力引起的彎矩為：Mh =1 7.570.4( 10. 3*N m.水平土壓力引起的彎矩為：M P = P 0. 4 -c =1 4. 8 40- 4 0= 2 丄N2.n9 7反力R引起的彎矩為：fk )0 5M R = Rx3 =4 1 . 6 1(0.1 8 )kN 2m

19、9 1R 2 3 2刃腳側面摩阻力引起的彎矩為：九 0 . 5M T = T 82 kN m2 2刃腳自重引起的彎矩為：Mg = g 炎 3. 2 5 0. 0 7=20.N2 3m總彎矩：M0二為 M =Mh Mr MT-MP-Mg= 4.712.91 -22=97 k2N3 m6刃腳根部處的應力驗算故：e2 二 18 0.5 8.8 2.5 7.5 1.5 6.8 5.1 0.687-2 10 0.829#故：e2 二 18 0.5 8.8 2.5 7.5 1.5 6.8 5.1 0.687-2 10 0.829#N0 M 0 F " W故：e2 二 18 0.5 8.8 2.5

20、 7.5 1.5 6.8 5.1 0.687-2 10 0.829#式中：N0 二 R- g W 1 . 6 1- 3.2=5 3I8N36F=0.50.4 m0.2122W 0.4 0.5 -0.02m238.366.425 1 2kP a ,二 h19 1 . 8- 3 2mf ：c d= 9 p a 00.20.02-1 2 9kP a由于水平剪力很小，驗算時未考慮。按受力條件不需設鋼筋，可按構造要求配筋，配:-10200的鋼筋。2刃腳向內撓曲計算刃腳向內撓曲，最不利情況是沉井下沉到設計到高程，刃腳下的土已被挖空。刃腳向內撓曲示意圖計算各個力值 水壓力和本土壓力按最高水位計算対20

21、69;0©e= htan (45)-2ctan(45)2 2202010.7已知：tan (45 -一)二 tan (45) = 0.6872 2©10 7tan(45° -一)二 tan(45°) = 0.82922= 36.27kN /m故：e2 二 18 0.5 8.8 2.5 7.5 1.5 6.8 5.1 0.687-2 10 0.82919= 18 0.5 8.8 2.5 7.5 1.5 6.8 5.50.687-2 10 0.829= 38.14kN /m2=10 (h-0.4) = 91kN/m3=10 h = 95kN /m土壓力：e2

22、2 =91 36.27 =127.27kN/me33 =95 38.14 =133.14kN/m1土壓力和水壓力的合力：p=?(127.27 133.14) 0.4 =52.08kN1 電 2巴 1133.14 2 127.27 門，cc距刃腳底部的力臂：c - hk0.4 = 0.2m3 P3+R23133.14+127.27p對刃腳根部形心軸的彎矩為：Mp=52.08 °4 - O.2 =10.42kN m 刃腳摩阻力T二qkhk和T =0.5E取兩者中的較小值t=tkhk=2 00. NkN3百=0.壬=0.536.2 738. 1 4二 k N4 7.44取用 T,二 7.4

23、4kN摩阻力產(chǎn)生的彎矩：MT二-T7.44 °5 '1.86kN m2 z 2 刃腳自重力單位寬刃腳自重力：g =0.13 25 =3.25kN形心至井壁外側的距離：一11i'z1"'1咅二 0.15 0.4 0.15 0.35 0.4- 0.35 0.150.18mIL2230.13#刃腳自重力引起的彎矩:Mg蘭0.18 =0.23kN2 各力對刃腳根部的彎矩，軸力，剪力M = MlPMT嘰 10. 4 2- 1. 8 6 0. 2 3 kN. TnN=T-gh.44-3.25 4k.NQ 二 P=52.08N刃腳根部截面應力驗算 彎曲應力驗算：N

24、M1.228.7c c 4 4 5 kPa ： G 二9kPa0= ± =二=6.1 439.5FW0.20.02一4 3 3kPa ： ftmd 二kPa0 剪應力驗算：Q 52.08-V260.41kPa ： fvd = 1850kPaF 0.2由計算結果可知，刃腳外側壓應力、拉應力、剪應力均小于相應的混凝 土強度，只需按構造要求配筋即可，配 M0200的鋼筋。 刃腳框架計算由于:=1.0，刃腳作為水平框架承受的水平力很小，故不需要驗算，可 按構造要求配筋，配 門10200的鋼筋。 沉井井壁豎向拉力驗算井壁受拉面積為：F1(7.02 - 6.02) = 10.21m24井壁承受的

25、最大豎向拉力：111SmaxGG1 G2 G367.75 346 1160.25 i = 393.5kN4 44混凝土所收的拉應力為：二h8 . 5d4a ：£.81 6 0=0 0 kBa 12 8 0F110.21因此，井壁內可按構造布置豎向鋼筋，配>10200的鋼筋。 沉井井壁橫向受力驗算橫向受力最不利狀態(tài)是沉井已經(jīng)沉至設計高程，刃腳下的土已經(jīng)挖空而 尚未封底，這是刃腳根部以上一段井壁承受的外力最大，一般取刃腳根部斷 面以上高度等于井壁厚度的一段井壁作為計算分析的水平框架，它不僅承受 本身范圍內的水平力，還要承受刃腳最為懸臂傳來的剪力。井誓S向受力計算示意圖1水壓力和土壓

26、力的計算(考慮最高水位)e二 h t a n (4 右-C 2 t 4 5)已知：tan2(45°) =tan2(45° -107) =0.6872 2中10 7tan(450 -)二 tan(45°)= 0.82922e=涉 0節(jié) 8. 8 + 2.5 ”5".5 6.85艮5 0.蟲漢0.適 290.6 8 7 2 1 0= 3 3.9k4J m僉=：180. 58. 82. 57. 51. 56. 85. 1 -0. 6 8 721 00. 8 2 9=3 6.2cTN m=3 8 .畑 m=10 (9.5-0.4-0.5) =86kN/m；. 2

27、 = 1 0 ( 9. 5 0. =4© N 9 m/；-;3 二1 0 9.5 k9b5 m/刃腳及刃腳根部以上0.5m井壁范圍內單位寬度土壓力和水壓力的合力：1p= ( 3 3.9 438:148595 扌 0 k9N tn1 3 . 8 9/2考慮刃腳懸臂作用傳來的荷載，其分配系數(shù):=1.0。2圓形沉井所受的力 無內隔墻的圓形沉井只受軸力，彎矩和剪力均為零。o 4 o r軸向壓力：N 二pr =113.89 (竺 3)=370.14kN2按純混凝土的應力驗算：max N M 3 7 0.1 4匚 m i n：0=185 &P7 ： fed 二6P)a6 0F W 0 .

28、 2只需按構造配置鋼筋，配 M0200的鋼筋。(五)底節(jié)沉井豎向撓曲計算采用排水下沉，將沉井視為支承于固定承墊的梁來計算。梁的長為6m1彎矩及剪力計算跨中計算長度：1 .2 .2 3 = 4.24均布荷載集度：qG = 11574 =131.17kN/m2L2611支點負彎矩： Ma ql22131.17 0.882 =50.79kN m2211跨中正彎矩： M qh2-Ma 131.17 4.242 -50.79 =243.98kN m882311支點反力：Raql 131.17 6 = 393.51kN22支點剪力：Q 二 Ra -qj =393.51-131.17 0.88 = 278.08kN2第一節(jié)井壁截面特性計算截面形心軸的位置1.756 0.5 11.756- 10.4 0.35 10.4y下 =223- 0.94m1.756x0.5%x0.4x0.35y上 =1.7 560.94 m.825#0.4 智 3 50 . 40.35x 右=